2024, Vol. 45
西藏是中国大陆地震活跃地区之一，据统计，平均每年发生5级以上地震5次，6级以上地震1次，7级以上地震平均约10年发生1次，地震活动强度大、频度高、分布广，震情形势严峻。
为进一步优化西藏地区测震站网布局，2019年，中国地震局设立青藏高原地震监测能力提升项目，旨在已具备的地震监测能力基础上，通过合理布设、重点加密方式，拟用3年时间新建30个测震、强震同址观测站点，着重填补青藏高原地震监测空白区，缩小地震监测空区范围，提高青藏高原地区测震台站密度，提升西藏西部、北部、中西部、东部地区的地震监测能力，使西藏除羌塘无人区外，其他地区地震监测能力从ML 3.0—4.0提升到ML ≥ 2.5。截至2021年12月，该项目完成30个地埋式观测台站建设任务，其中Ⅰ类台25个、Ⅱ类台5个，各类观测仪器及辅助设备171台（套），其中主要设备105台套、辅助观测设备84台套。台站主体数据接入西藏自治区地震局测震台网数据服务器，并同步转发至中国地震台网中心。2023年5—9月，30个新建台站进入试运行阶段，平均运行率约94.43%，达到青藏高原监测能力提升项目验收技术要求。
新建监测站数据接入西藏测震台网后，测震台网技术功能得到进一步增强，昌都市及周边地区地震监测能力由ML 3.0提升至ML 1.5，那曲市及周边地区监测能力由ML 3.5提升至ML 1.5—2.5，日喀则市及周边地区监测能力由ML 3.0提升至ML 1.5，阿里地区及周边地区监测能力由ML 4.0提升至ML 2.0—3.5。对西藏地区西部、北部、中西部、东部地区地震监测、断裂带活动研究、震害防御有着重要作用，多玛、察布、古姆、洞措、雄巴、先遣、阿索、门士、巴嘎等监测站对消除西藏西部地区监测盲区起到重要作用。
本文选取青藏高原地震监测能力提升项目（西藏）中位于藏西北的阿索站、娘热站、达若站、昂仁站、如萨站和察布站6个监测站点的记录数据进行科学分析，评估各站点环境噪声水平和台基等级，以便为台站正式建设提供数据支持，为西藏地震监测提供有力依据。
1 监测站点场址勘选 1.1 地震计及数据采集器技术指标本次堪选使用CMG-40T型三分量宽频带地震仪（英国GURALP公司生产，轻便、低功耗，三分向一体力平衡负反馈小型宽频带地震计）。其工作环境温度为-20℃— +75℃，速度输出带宽为30 s—50 Hz；最大输出±10 V；工作电压：10—36 V DC，线性＞90 dB；交叉灵敏度＞65 dB；电子噪音等级为-172 dB；可远程控制地震计开摆、调零、标定、锁摆及查询零点等功能。
数据采集器使用REFTEK-130S24，其工作温度：-40℃ — +70℃；输入电压：9—24 V DC；平均功耗：1 W；噪声水平：1倍增益；50 sps时，RMS约为1个计数单位；GPS精度：±10 μs（3D卫星锁定时）。
1.2 台站勘选步骤基于GB/T19531.1—2004《地震台站观测环境技术要求第1部分：测震》，从场址初勘、现场踏勘、场地测试、台址确定4个步骤（安祥宇等，2016）进行地震监测站点勘选。其中：①场址初勘：图上作业，在地质地形图、交通图、卫星图上绘出点位；②现场踏勘：在预选点位现场，综合考察台基、背景干扰、供电、日常运维、通讯等是否满足条件，并记录踏勘点位的基岩岩性、地形地貌特征；③场地测试：选定点位后架设仪器进行连续24小时记录，场地测试观测系统结构见图 1；④台址确定：对连续24小时波形数据进行背景噪声计算，若结果达到GB/T19531.1—2004《测震台站观测环境技术要求第1部分：测震》的相关要求，即可将该点位确定为新建测震台站点位。
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图 1 观测系统构成示意 Fig.1 The diagram of observation system structure |
本次站点勘选时间虽然在6月初，但由于西藏环境的独特性，适逢六月飞雪，不仅造成交通不便（图 2），还对地震计防护提出更高要求。为避免风雪天气对宽频带地震计的影响，本次勘选携带了防风罩和防雪罩，对地震计进行防护。
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图 2 路况险恶 Fig.2 Bad road conditions |
仪器设备架设完成后进行连续观测，以昂仁站为例，该站在连续24小时内共记录地震事件4次，且波形记录清晰，其中1次事件未被西藏测震台网现有台站记录到（图 3），反映该台址台基水平较高。
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图 3 昂仁站记录的本地微震波形 Fig.3 Local microseisms recorded at Angren Station |
西藏位于青藏高原西部和南部，海拔4 000 m以上地区约占全区总面积的85.1%。本次野外勘选台址海拔平均在4 300 m以上，人口较少，干扰相对较少，但存在一些常见干扰，如：人或动物的活动影响、风扰等（图 4，图 5，图 6）。
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图 4 昂仁站记录观测点附近人员活动干扰 Fig.4 Personnel activities interference recorded at Angren Station |
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图 5 如萨站记录动物走动的干扰 Fig.5 Animal movements interference recorded at Rusa Station |
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图 6 昂仁站风扰记录 Fig.6 Wind interference recored at Angren Station |
野外勘选台站波形记录不仅包含地震信息，也有非天然事件和干扰信息。去除波形记录中的偶发性干扰，原则上每小时内有效数据记录长度应大于40 min。统计非天然地震事件发生频度N（次数/小时）及其持续时间占总记录时长的百分比R（%）。若N＜0.05且R＜0.5%，一般评估为干扰较少；若N＜0.05且R＜1%，或者0.05＜N＜0.2且R＜0.5%，则评估为干扰多；若N＞0.2或R＞1%，则评估为干扰较为严重。因此，需对连续波形数据进行预处理。分析发现，此次勘选站点记录中均为偶发干扰，台址条件较优。
3 观测数据处理方法 3.1 计算公式数字地震记录均为Counts数，计算时需转换为地脉动速度值，公式如下
| $ V=\frac{N K_{\mathrm{ad}}}{G S_{\mathrm{S}^0}} $ | (1) |
式中，V为实测地脉动速度值（单位：m/s）；N为实际记录的噪声Counts值；Kad为数据采集器A/D转换因子（单位：V/Counts）；G为数据采集器前放增益；SS0为地震计电压灵敏度（单位：V/m·s-1）（吴永权等，2007）。
地脉动噪声均方根值（RMS值）是衡量台址背景噪声水平的重要标准，计算公式如下
| $ \mathrm{RMS}=\sqrt{\frac{1}{N-1} \sum_{i=1}^N\left(v_i-\bar{v}\right)^2} $ | (2) |
式中：
将一个具有实数的自变量t的函数f(t)进行积分得到F(ω)，公式如下
| $ F(\omega)=\int_{-\infty}^{+\infty} f(t) \mathrm{e}^{-i \omega t} \mathrm{~d} t $ | (3) |
若该积分对参数的任何实数都存在，则称F(ω)为其傅氏变换。实函数|F(ω)2|一般称为功率谱或者能量谱，确切地称为功率谱密度PSD（Power Spectral Density）或能量谱密度（巴特等，1978）。其物理意义表示，在以ω为中心的单位频谱宽度内，信号的频率分量对功率的贡献。功率谱计算方法有2种：①f (t)经傅里叶变换得到F(ω)，求出|F(ω)2|；②计算f (t)的自相关函数，再求其频谱。2种方法的计算结果应一致（陈祥熊等，1998）。
噪声功率谱密度由所使用的数字地震仪类型及零极点和增益参数计算，一般在功率谱密度曲线图中给出新的地球高噪声模型（NHNM）和低噪声模型（NLNM）曲线。文中使用童汪练研制软件计算噪声功率谱。以阿索站为例，绘制2021年2月5日00时垂直向功率谱密度曲线（图 7），并给出1—20 Hz频域内1/3倍频程各频段地脉动噪声RMS均值及功率谱密度均值统计结果，见表 1。
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图 7 阿索站1小时功率谱密度曲线 Fig.7 1-hour power spectral density Curve of Asuo Station |
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表 1 1—20 Hz的1/3倍频程各频段地脉动噪声RMS均值及功率谱密度均值（UD分向） Table 1 RMS mean and power spectral density mean (UD direction) of ground pulsation noise in each frequency band of 20 Hz 1/3 octave |
一个地震台站环境噪声水平的等级决定了该台站地震监测能力的好坏。一般，0.05—1 Hz频段的噪声主要源自于海洋。随着噪声频率的不断提高，超过1 Hz时的短周期频段噪声90%来源于人类活动、小溪、风扰等自然环境的影响。根据场址不同，短周期噪声水平也会有着相应变化。GB/T19531.1—2004 《测震台站观测环境技术要求第1部分：测震》规定，在1—20 Hz频段，将环境地噪声水平分为5级：Ⅰ级环境地噪声水平：Enl＜3.16×10-8 m/s；Ⅱ级环境地噪声水平：3.16×10-8 m/s≤Enl＜1.00×10-7 m/s；Ⅲ级环境地噪声水平：1.00×10-7 m/s≤Enl＜3.16×10-7 m/s；Ⅳ级环境地噪声水平：3.16×10-7 m/s≤Enl＜1.00×10-6 m/s；Ⅴ级环境地噪声水平：1.00×10-6 m/s≤Enl＜3.16×10-6 m/s。
基于所选阿索站、娘热站、达若站、昂仁站、如萨站和察布站6个台址勘选测试数据，通过计算每个台基的平均RMS值，根据GB/T19531.1—2004《地震台站观测环境技术要求第1部分：测震》的规定，可知其中5个台址达到Ⅰ类（Enl＜3.16×10-8 m/s）台基噪声水平，1个台址达到Ⅱ类（3.16×10-8 m/s≤Enl＜1.00×10-7 m/s）台基噪声水平。具体统计结果见表 2。
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表 2 勘选6个台站RMS值及分类结果 Table 2 RMS values and classification results of 6 selected stations |
由计算结果可知，此次野外勘选台址基本达到Ⅱ类甚至Ⅰ类台基噪声水平，表明此次青藏高原监测能力提升项目中监测站点野外踏勘工作完成度较高。但野外台址堪选是一个较为复杂的过程，尤其是具有独特高原环境的西藏，易受到多种因素干扰：①在野外架设仪器(地震计)，难以达到在摆房的架设标准，尤其是宽频带地震计，其各项指标比较灵敏，更易受到温度、气压、风力等外界环境干扰，测震数据仅具参考意义；②野外测点周围环境会随着时间进程而发生改变，如新矿山开采、项目建设规划等，各种外界因素的变化会影响到台址的台基品质，野外勘选时的观测数据仅为当时环境背景噪声水平下的记录，与台站建成后运行结果应有出入，再一次说明野外观测结果仅具参考意义。
5 结束语基于青藏高原地震监测能力提升项目中测震站点勘选阶段得到的观测数据，计算其中6个勘选台站地脉动背景噪声RMS值、噪声功率谱密度等数据，分析得到各台址环境噪声水平和台基等级分类，为测震台站建设提供数据支持，为今后西藏地区地震监测能力提升、站点选址建设提供参考。
台站建成后，环境、人为、仪器系统等因素的影响将会显著降低，台基噪声水平可能优于勘选阶段。此外，需定期开展台基质量评估工作，以便及时发现台站环境变化，从而做出有效应对措施，保证台站观测质量。
安祥宇, 赵倩, 王承伟, 等. 辽宁新建台站勘选过程概述及结果分析[J]. 防灾减灾学报, 2016, 32(3): 74-81. |
陈祥熊, 陈文明, 江燕, 等. 福建数字地震台网台址背景噪声分析[J]. 地震地磁观测与研究, 1998, 19(5): 13-22. |
吴永权, 林伟, 何寿清. 广东省"十五"项目测震台站台址勘选结果分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2007, 28(1): 90-95. |
巴特[瑞典]. 地球物理学中的谱分析[M]. 郑治真, 译. 北京: 地震出版社, 1978.
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